51单片机学习笔记-4

直流电机和PWM驱动

• 直流电机：依靠PWM调速，直接连电源则全速输出；（交流电机靠变频调速）。
• 步进电机：如图，通电一个脉冲则旋转一个方向（A/B/C），靠脉冲数和脉冲方向实现对位置的控制。
  

此处是步进电机原理图；步进电机没有闭环，所以不能反馈监控实时速度，当电机在空载和满载时，实际转速肯定是不一致的。

• 舵机：控制转向用，它可以输出固定角度。

• 无刷电机及空心杯电机：适用高速输出场景。（伺服电机有点类似这类电机，伺服带编码器，可以依靠编码器反馈出实时位置和速度，可以做一些闭环调节算法（比如PID）来保持稳定输出，也可以监控失速情况等）。

• 电机驱动电路

  • 直接驱动，不能换向。
  • H桥驱动，可以实现电机自动换向。
    

• 呼吸灯案例，最简易的PWM应用（缺点是占用main函数运行时间，通常写在定时器里面比较合适）：

#include <REGX52.H>

sbit LED=P2^0;

void DelayTime(unsigned int t)    //利用while做延时（12MHZ下，机器指令跳一句1us）
{
	while(t--);
}

void main()
{
	unsigned char Time,i;
	while(1)
	{
		for(Time=0;Time<100;Time++)  //正循环，100是总的循环次数，相当于周期。
		{
			for(i=0;i<20;i++)      //利用循环20次的时间来保持LED亮度，让LED的亮度变化不至于太快
			{
				LED=0;
				DelayTime(Time);
				LED=1;
				DelayTime(100-Time);
			}
		}
		for(Time=0;Time<100;Time++)    //负循环
		{
			for(i=0;i<20;i++)
			{
				LED=0;
				DelayTime(100-Time);
				LED=1;
				DelayTime(Time);
			}
		}
	}
}

• 直流电机调速
  
• 控制代码：用按键控制速度变化；设置值在0..100范围内，比较计数值和设置值之间的差，用于设定占空比：

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"
#include "Key.h"
#include "Nixie.h"
#include "Timer0.h"

sbit Motor=P1^0;

unsigned char Counter,Compare;	//计数值和比较值，用于输出PWM
unsigned char KeyNum,Speed;

void main()
{
	Timer0_Init();
	while(1)
	{
		KeyNum=Key();
		if(KeyNum==1)
		{
			Speed++;
			Speed%=4;
			if(Speed==0){Compare=0;}	//设置比较值，改变PWM占空比
			if(Speed==1){Compare=50;}
			if(Speed==2){Compare=75;}
			if(Speed==3){Compare=100;}
		}
		Nixie(1,Speed);      //用于数码管显示
	}
}

void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	TL0 = 0x9C;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	Counter++;
	Counter%=100;	//计数值变化范围限制在0~99
	if(Counter<Compare)	//计数值小于比较值
	{
		Motor=1;		//输出1
	}
	else				//计数值大于比较值
	{
		Motor=0;		//输出0
	}
}

//初始化定时器
#include <REGX52.H>

/**
  * @brief  定时器0初始化，100us@12.000MHz
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Timer0_Init(void)
{
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TMOD |= 0x01;		//设置定时器模式
	TL0 = 0x9C;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	ET0=1;
	EA=1;
	PT0=0;
}

/*定时器中断函数模板
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
	static unsigned int T0Count;
	TL0 = 0x9C;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	T0Count++;
	if(T0Count>=1000)
	{
		T0Count=0;
		
	}
}
*/

• PWM在应用上，输出加上低通滤波器可以实现DA转换。
  

U15A是运算放大器（+为同相输入端，-为反向输入端；输出端接电阻接回反向输入端可以形成深度负反馈），内部是一个集成电路（内部集成差分放大器，电压放大器，功率放大器三级放大电路）。运算放大器可以构成电压比较器，反向放大器，电压跟随器，加法器，积分器，微分器等电路。运放的分析方法一般为虚短/虚段（负反馈条件下）。
最基本的运放是一个比较器原理（同相输入和反向输入的比较结果来决定输出（理想放大系数无穷大，但是因为电源电压的限制，所以输出一般就是电源电压））；其他的电路就在基本的比较电路下做拓展。

红外遥控控制基本原理

• 简介：

  • 原理：利用红外光进行通信的设备，由红外LED将调制后的信号发出，再由专门的红外接收头解调输出。
  • 通信方式：单工，异步。
  • 红外波长：940nm(肉眼不可见)。
  • 通信协议标准：NEC标准。

• 发送端电路1：

  • 38KHZ为载波频率，因为自然界存在很多红外光，干扰很重，所以把需要输出的信号IN叠加在38KHZ的载波频率上，隔绝干扰（整个过程称为信号调制）。
    

此处三极管低电平导通

• 发送端电路2：
  • 相比于发送电路1，该电路更简单，IN直接发送（38KHZ+信号）叠加后的波形信号。
    

此处三极管低电平导通

• 接收电路：

  • 接收电路一般集成在一个集成电路内，集成电路本身完成解调过程，用户只需要关注输出端，即可获得发送来的信号。
    

• 基本发送和接收：
  

• NEC编码基础:

  • 信号的周期为110ms;
  • Sart信号低电平9ms+高电平4.5ms;
  • 逻辑0：560us低+560us高；
  • 逻辑0：560us低+1690us高；
  • 重复发送（长按按键时）：低电平9ms+高电平2.25ms;
  • 发送一个周期的数据长度为32位，（地址+地址补码+命令+命令补码）（补码的作用是校验防错）；
    

• 示例遥控器的命令号如下：
  

• 信号接收方式：

  • 信号接收需要以外部中断的方式接收，因为普通IO口做不到接收NEC协议这么快的信号的接收。
    
    

• NEC编码的真实波形图：

  • KEY1 ~ KEY4对应遥控器的按键K1 ~ K4
    

• NEC编码解析：

  • 最后多发送一个560us的低电平，作为结束。
  • 注意看图形背后的格子，一个格子为2ms,基本时间长度可以和NEC标准定义的信号时间长度对应。